INSTALACION DE GEOMEMBRANA DE PVC BAJO EL AGUA
ROHE, Fred P.
Environmental Protection, Inc., U. S. A.
Este documento fue presentado en la Geosynthetics '91 en Atlanta, GA., Feb. 1991.
EXTRACTO
Environmental Protection, Inc. participó en el diseño y producción de un sistema prototipo para instalar una geomembrana de PVC de 30 mil y 3 pulgadas de concreto bajo el agua en el Canal Coachella ubicado en el Sur del estado de California, USA. Este proyecto, bajo la dirección del Bureau of Reclamation de USA, es el primero de su tipo en el mundo. El desarrollo de esta tecnología requirió de la cooperación de muchos proveedores diferentes, incluyendo EPI, bajo la coordinación del contratista principal, Kiewit Pacific Company. El desarrollo e implementación de una solución única para la instalación de geomembrana bajo el agua es el comienzo de un esfuerzo significativo para conservar los recursos de agua y reducir los costos de mantención y construcción de los canales.
INTRODUCCION
En la primavera de 1988, EPI fue uno de los numerosos proveedores en presentar una propuesta para suministrar un revestimiento de geomembrana de PVC de 30 mil al Bureau of Reclamation de USA. El proyecto, titulado "Coachella Canal In place Lining Prototype, All American Canal Relocation, California", es el primero en su tipo en el mundo. Una vez completado el proceso de licitación, el Bureau of Reclamation determinó que Kiewit Pacific Company, de Santa Fe Springs, California, debía obtener el contrato. En el Otoño de 1988, EPI fue contactada por el Sr. Bill Giroux, Ingeniero de Diseños de Kiewit, en relación con el suministro del revestimiento de geomembrana de PVC. La reunión inicial en Septiembre de 1988, involucró una investigación preliminar relacionada con la factibilidad del trabajo de diseño preliminar realizado por el Sr. Giroux. Durante los meses siguientes, se realizó muchísima investigación y producción para solucionar los problemas de manipulación que presentaba la geomembrana de PVC durante el proceso de instalación del geosintético. El proyecto estaba siendo realizado a toda máquina, de hecho, la fabricación de muchos de los equipos se hacía al mismo tiempo que se hacían otros perfeccionamientos en relación con la manipulación del material de revestimiento. La fabricación de la geomembrana fue realizada durante Febrero y Marzo de 1989 con despacho a California y haciendo efectiva la instalación del revestimiento en el canal a comienzos de Mayo de 1989.
MATERIAL
Se seleccionó Cloruro de Polivinilo (PVC) como el material de tejido de la membrana para la aplicación bajo agua en el Canal Coachella. La selección del PVC por parte del Bureau of Reclamation se basó en muchos factores, que incluyen:
1. La disponibilidad de grandes paneles. El PVC fue fabricado en paneles de 58.6' x 200'.
2. La geomembrana de PVC es altamente flexible y retiene sus propiedades sobre una amplia gama de temperaturas. Esto permite que la geomembrana se amolde mejor al subsuelo que otros materiales de geomembrana disponibles.
3. La geomembrana de PVC es fácilmente unida en terreno con una soldadura por solvente. El PVC tiene además muy buenas propiedades de resistencia al punzonado, a la abrasión y al rasgado, que son factores importantes cuando se trata de minimizar los daños que ocurren durante la instalación.
4. El PVC tiene una historia comprobada de uso en revestimiento de canales por más de 30 años en el Bureau of Reclamation, de USA.
Puesto que el revestimiento del canal debía realizarse en dos pasadas que requerían de una soldadura longitudinal en el revestimiento de PVC hacia abajo en el centro del canal, fue necesario utilizar una geomembrana que pudiera ser sellada bajo el agua. Sin embargo, una soldadura longitudinal no ligada no entregaría el control de filtración necesario, los estudios de laboratorio concluyeron que un sellante de vinilo para piscinas utilizado como reparador de revestimientos de piscinas sería el adhesivo apropiado para esta soldadura. Los resultados de las pruebas de laboratorio practicadas para comprobar la resistencia de las soldaduras para la soldadura bajo el agua demostraron ser comparables con las soldaduras fabricadas en terreno en forma normal, a pesar de haber sido construidas bajo agua.
Además, existía la preocupación de que el concreto recientemente colocado tuviese la tendencia a deslizarse por la pendiente de las paredes del canal. Los requisitos iniciales de diseño indicaban la aplicación de un material geotextil no-tejido de 3,4oz/yd2 en los taludes laterales sobre el PVC. La solución final involucró que el contratista pegara este geotextil al revestimiento de PVC en sus instalaciones en Santa Fe Springs. Los paneles de revestimiento fueron posteriormente redoblados y enrollados antes de la instalación en el lugar del proyecto. Se espera que para futuros proyectos, esté disponible en el mercado un producto laminado elaborado en la planta de fabricación, que tenga tanto el PVC de 30 mil y un geotextil no-tejido ligado a un lado del revestimiento.
Este producto permitirá ahorrar una considerable cantidad de potencial humano y tiempo en la instalación de los dos materiales al mismo tiempo. Actualmente, un producto nuevo GeoLam, está siendo introducido en el mercado, elaborado por Occidental Chemical Corporation, el que ha surgido de la investigación y desarrollo de la producción aplicada en el proyecto de este canal.
Puesto que el material de PVC nunca había sido utilizado en este tipo de aplicación, no existía documentación disponible que informara el comportamiento de la geomembrana durante el procedimiento de su instalación bajo el agua. El concepto del diseño preliminar, propuesto por Bill Giroux, involucraba el sostener el PVC de un modo similar al de una roldana de una cochera para automóviles que soporta los lados de una puerta elevada. El diseño de las guías de rodamiento indicaba incluir un dobladillo en el material de revestimiento a lo largo de ambos lados del panel. Dentro del dobladillo debía ir una soga de manera que entregara cuerpo y sostuviera el revestimiento en forma segura en la guías de rodamiento.
La producción involucró el uso de una soga de PVC recubierta de nylon. Con el fin de obtener información sobre el comportamiento del revestimiento en esta aplicación, EPI fabricó para Kiewit Pacific, varias muestras de tamaño completo del revestimiento de PVC. Además, EPI fabricó una pequeña sección de geomembrana de 60 pies de ancho, la que fue proporcionada al Sr. Giroux en su oficina en Omaha, Nebraska. El Sr. Giroux procedió a practicar pruebas a gran escala a esta geomembrana en la piscina de la YMCA en Omaha. De la data generada en estas pruebas, se determinó que el soporte del revestimiento en las dos orillas externas no sería suficiente para controlar la instalación final del revestimiento. Por lo tanto, el diseño fue modificado de manera tal de tener dos guías de rodamientos centrales, una en la base del talud, y una en la línea central del canal. Las guías externas serían ubicadas en la parte superior del talud, y en la orilla externa del traslape de tres pies en el fondo del canal. Las guías centrales planteaban un problema ya que una unión de tipo dobladillo estaría sometida a fuerzas que excederían las resistencias de desgarro normales en las costuras.
El desafío para EPI era el desarrollar un proceso de fabricación que fuera tanto efectivo como económico, para suministrar los paneles de revestimiento para este proyecto. EPI desarrolló un sistema en el cual las sogas pudieran ser enganchadas al revestimiento de PVC, y las costuras fueran confeccionadas con la suficiente resistencia como para que resistieran las fuerzas que se colocarían en el revestimiento durante la instalación de la geomembrana bajo el agua. Las técnicas de fabricación utilizadas finalmente, son un proceso que pertenece a Environmental Protection, Inc. El proceso fue inspeccionado en su forma operativa por el Bureau of Reclamation de USA. Todos los paneles fabricados fueron sometidos a pruebas de resistencia en la unión de las soldaduras y adhesión al desgarro de las soldaduras en la planta de elaboración y una muestra de cada rollo fue enviada al Bureau of Reclamation para las pruebas de propiedades físicas. Además, todo el material para el proyecto que fue suministrado por Occidental Chemical Corporation, también fue sometido a pruebas con el fin de que cumplieran con las especificaciones del proyecto.
DISCUSION
El proyecto prototipo fue el de revestir 1.5 millas del Canal Coachella cerca de Niland, California. El canal en esa sección era de aproximadamente 110 pies de ancho, y 9 pies de profundidad. Las pendientes laterales del canal eran de aproximadamente 2.5:1. Puesto que el canal había sido construido hacía 49 años en el suelo arenoso del desierto, fue necesario perfilar el canal antes de la instalación del revestimiento y el concreto. Kiewit Pacific también diseñó y construyó una máquina para dragar el canal y colocar una nueva sub-base de material granular. Esta máquina va delante de la unidad de pavimentación y perfila los lados y el fondo del canal para nivelar y revestir.
Una vez que se ha completado el proceso de perfilado, la unidad de pavimentación procede a moverse a lo largo del canal, colocando el compuesto de PVC/geotextil en su lugar directamente frente a una unidad de pavimentación de molde deslizante diseñada y construida por Gomaco, en Ida Grove, Nebraska. Una vez pavimentada la mitad del canal, la máquina gira, y procede a pavimentar la segunda mitad del canal desde la dirección opuesta. Basándose en el diseño, velocidad, y disponibilidad del concreto, trabajando las 24 horas del día, se estimó que el proceso de pavimentación de 1.5 millas en una dirección se lograría en aproximadamente 3 días.
La operación inicial de pavimentación se comenzó en Mayo de 1989. En ese momento, los requerimientos hidráulicos en el Sur de California estaban aproximándose a su punto máximo. Se hacía necesario que fuéramos capaces de regular el flujo del agua de manera tal que se cumplieran en una forma razonable todos los numerosos ajustes que había que hacerle a los diversos sistemas operativos de la unidad de pavimentación. Inicialmente, fueron instalados aproximadamente 1,200 pies de revestimiento durante los primeros días de Mayo. El resto de la pavimentación estaría completada una vez que se realizaran las modificaciones a los equipos para acomodar el subsuelo blando que yacía en el fondo del canal.
RESUMEN
El seleccionar un revestimiento de PVC para este proyecto ha demostrado que es una opción excelente. La fabricación del revestimiento de PVC a pedido del cliente para su manipulación durante la instalación de este equipo, se logró con un costo adicional mínimo sobre el revestimiento de geomembrana. Además, el comportamiento de la combinación de revestimiento y geotextil en este proyecto, ha demostrado ser muy satisfactoria. Una vez completado el revestimiento de esta sección del canal, el Bureau of Reclamation monitoreará su comportamiento para determinar si otras secciones adicionales deberían ser revestidas y completadas en el futuro. Las secciones del Canal All-American, que alimentan al Canal Coachella, están siendo investigadas para ver la posibilidad de revestirlas nuevamente. La importancia de mantener la calidad de las aguas debido a razones medioambientales, hizo que fuera necesario el practicar un estudio de impacto medioambiental antes de comenzar el proyecto.
Se practican numerosos monitoreos a la calidad del agua durante la instalación del concreto y del revestimiento en el canal. Durante la instalación no se presentan efectos adversos al medioambiente y tampoco se prevén a futuro. Ya que el canal se utiliza como vivero para 16 especies diferentes peces y también como agua de riego en el Valle Coachella, las prioridades medioambientales son muy importantes.
La empresa EPI, proporcionó entrenamiento en terreno para la instalación y unión de la geomembrana de PVC. El Bureau of Reclamation también dispuso de inspección y aseguramiento de la calidad en terreno para el proyecto. Además, EPI entregó en el momento muestras al azar de soldaduras en la planta de elaboración de cada panel de PVC con el fin de que el Bureau of Reclamation les practicara las pruebas físicas. EPI también le entregó sus propias pruebas de las soldaduras en la planta de elaboración de cada uno de los paneles de geomembrana. El material de geomembrana fue analizado por el Bureau of Reclamation en base a toma de muestras por azar antes de ser enviadas al lugar del proyecto. Occidental Chemical Corporation, el productor de la geomembrana de PVC, también coordinó las pruebas de control de calidad en sus laboratorios de Control de Calidad realizadas por el Bureau of Reclamation y EPI. Esta combinación de esfuerzos aseguró que el producto final instalado para este prototipo fuera tal como lo estipulan las especificaciones del Bureau of Reclamation.
Se estima que al revestir de nuevo este canal, se conservará hasta cerca de 115,000 acres anualmente (la suficiente cantidad de agua fresca para cerca de 150,000 viviendas). Las cuotas de los usuarios generadas mediante el ahorro de agua compensarán el costo de revestir de nuevo el canal. El contrato por 5.2 millones de dólares está siendo compartido entre el Bureau of Reclamation (40%) así como también el Metropolitan Water District (54%) y el Imperial Irrigation District (6%), estos dos últimos son los que proporcionan agua a los usuarios del extremo final del canal. El costo estimado para revestir el resto del Canal Coachella y el Canal All-American se calcula en unos $170 millones. Si los estimados iniciales se mantienen, esta cifra es un 40% más baja que la alternativa de construir nuevas secciones de canal.
CONCLUSIONES
El desarrollo de un sistema de revestimiento prototipo, eventualmente producirá un nuevo método para conservar los recursos hidráulicos y proporcionará un método de reparación en los canales existentes que han estado en servicio por muchos años. La producción de equipos y el desarrollo de procesos de instalación de la geomembrana de PVC bajo el agua, sin que altere o limite el suministro de agua, será ideal para las eventuales mantenciones a largo plazo que serán aplicadas a este sistema de suministro de agua. Este proyecto está siendo visitado por ingenieros y profesionales hidráulicos de todo el mundo. Su eventual evolución hacia una industria preponderante se acerca cada día más a la realidad.
REFERENCIAS
1. Workshop en Prototipo de Instalación de Revestimiento - Coachella Canal, American Water Foundation - Mayo 8, 1989, Palm Springs, California, USA.
2. Rebant, Daniel B., "Revestimiento Bajo Agua de Canal Promete Grandes Ahorros tanto de Agua como Dinero", Informe Geotécnico de Telas, Noviembre, 1989.
3. Requerimientos/Especificaciones, "Prototipo de Instalación de Revestimiento en el Canal Coachella Canal", Bureau of Reclamation, Región de Colorado Bajo, P. O. Box 427, Boulder City, NV
4. Morrison, W.R. y Starbuck, J.G., "Rendimiento de Revestimientos Plásticos en Canales" Informe #REC-ERC-84-1, Bureau of Reclamation, Denver, Colorado, USA, 1984.
5. Morris, W.R. and Swihart, J.J., "Experiencias con Soldaduras de PVC del Bureau of Reclamation", La Soldadura de Geosintéticos, Geosynthetics Research Institute, Philadelphia, PA, USA,1989.
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